特殊氣體(Specialty Gas)是半導體製造製程中所使用、高純度且具特定組成之各種氣體的總稱。用於CVD薄膜沉積(矽烷、TiCl₄、WF₆)、ALD(TMA、TDMAT)、蝕刻(CF₄、SF₆、Cl₂、HBr)、摻雜(AsH₃、PH₃、BF₃)、曝光(ArF雷射用ArF混合氣體)、清洗(HF、NH₃)等多種步驟。純度要求以6N(99.9999%)以上為標準,每1座晶圓廠管理的氣體多達數百種。
以下整理半導體製程使用的主要特殊氣體分類與用途。(1)薄膜沉積氣體:SiH₄(矽烷,CVD-Si)、Si₂H₆(乙矽烷)、TiCl₄(TiN-ALD)、WF₆(W-CVD)、TMA(Al₂O₃-ALD)、TDMAT(TiN-ALD)。(2)蝕刻氣體:CF₄、CHF₃、C₄F₆(氧化層蝕刻)、HBr、Cl₂(Si、Poly-Si蝕刻)、SF₆(Si等向性蝕刻)、BCl₃(Al蝕刻)。(3)摻雜氣體:AsH₃、PH₃(n型)、BF₃(p型)。(4)載氣・吹淨氣體:N₂、Ar、He、H₂。
特殊氣體的安全管理是半導體晶圓廠營運的最優先事項之一。AsH₃(砷化氫)、PH₃(磷化氫)、SiH₄(自燃性)、HF、WF₆具有高毒性、可燃性與腐蝕性,專用氣瓶櫃(GasBox)、氣體洩漏偵測系統、緊急關斷閥、洗滌塔(有害氣體排氣處理設備)都是必備的基礎設施。在日本,須依據《高壓氣體保安法》與《勞動安全衛生法》進行嚴格管理。
地緣政治與出口管制風險正衝擊特殊氣體市場。氪(Kr)與氖(Ne)原本以烏克蘭為全球最大的精製據點,2022年俄烏衝突導致供應鏈混亂,Kr、Ne價格暴漲超過10倍。在美中摩擦下,從中國採購氟系氣體(NF₃、SF₆、F₂)與高純度氮氣的風險也浮上檯面,日本、韓國、歐洲正推動氣體在地化生產並增加庫存。Air Products、Linde、Air Liquide、昭和電工為主要的全球供應商。
含氟溫室氣體(PFC:PerfluoroCarbon)的排放管制是業界課題。CF₄、SF₆、NF₃的全球暖化潛勢(GWP)可達CO₂的數千~2萬倍,因此在《京都議定書》與《巴黎協定》下負有減量義務。各晶圓廠正推動PFC的使用端處理(燃燒式、電漿式洗滌塔)並轉向替代氣體(低GWP產品)。NF₃(遠端電漿清潔用)的在地化生產與回收系統也在研究中。